WO2022113165A1 - Optical semiconductor apparatus - Google Patents

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敬太 望月
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三菱電機株式会社
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Abstract

An optical semiconductor apparatus according to the present disclosure comprises: a semiconductor substrate; at least one semiconductor laser provided on the semiconductor substrate; an optical splitter/combiner circuit provided on the semiconductor substrate to combine or split first output light of the semiconductor laser to output second output light and third output light; a first waveguide portion provided on the semiconductor substrate to output the second output light from an end face of the semiconductor substrate; and a second waveguide portion including an optical amplifier for amplifying the third output light and a reflecting portion, and provided on the semiconductor substrate. The reflecting portion includes a diffraction grating which reflects the third output light amplified by the optical amplifier to be fed back to the semiconductor laser through the optical amplifier and the optical splitter/combiner. The semiconductor laser and the reflecting portion form a resonator.

Description

光半導体装置Optical semiconductor device
　本開示は、光半導体装置に関する。 This disclosure relates to an optical semiconductor device.
　特許文献１には半導体レーザ素子が開示されている。この半導体レーザ素子では、光出力導波路部と光帰還導波路部とが同一半導体基板上に形成されている。光出力導波路部は、単一モードで発振する半導体レーザ部と、この半導体レーザ部の発振光を２つに分岐させる光分岐回路部と、この光分岐回路部で分岐させた一方の光を増幅して出力する第１の半導体増幅器を備える。光帰還導波路部は、光分岐回路部で分岐させた他方の光を増幅する第２の半導体増幅器、および第２の半導体増幅器で増幅された光を反射させる反射器を備える。第２の半導体増幅器で増幅され反射器で反射された光は、光分岐回路部を介して半導体レーザ部に帰還する。半導体レーザの発振光の一部を帰還させることによって、狭スペクトル線幅化が可能となる。反射器は、半導体チップの側面に露出する劈開面である。 Patent Document 1 discloses a semiconductor laser device. In this semiconductor laser device, the optical output waveguide portion and the optical feedback waveguide portion are formed on the same semiconductor substrate. The optical output waveguide section is a semiconductor laser section that oscillates in a single mode, an optical branch circuit section that splits the oscillated light of this semiconductor laser section into two, and one of the light that is branched by this optical branch circuit section. A first semiconductor amplifier that amplifies and outputs is provided. The optical feedback waveguide includes a second semiconductor amplifier that amplifies the other light branched by the optical branch circuit unit, and a reflector that reflects the light amplified by the second semiconductor amplifier. The light amplified by the second semiconductor amplifier and reflected by the reflector returns to the semiconductor laser unit via the optical branch circuit unit. By feeding back a part of the oscillated light of the semiconductor laser, it is possible to narrow the spectral line width. The reflector is a cleavage plane exposed on the side surface of the semiconductor chip.
日本特許第６２４５６５６号公報Japanese Patent No. 6245656
　半導体レーザと劈開面との間に形成される共振器の発振モードの位相は、半導体レーザ自身の発振モードの位相と一致している必要がある。特許文献１において、共振器の発振モードの位相は劈開面の位置に依存する。劈開面の位置精度は通常±２０μｍ程度である。このため、劈開面の位置の調節により発振モードの位相を一致させることは、困難であるおそれがある。よって、歩留向上の観点から、発振モードの位相を調整するための位相調整領域が必要となることが考えられる。これにより、半導体レーザ素子が大型化するおそれがある。 The phase of the oscillation mode of the resonator formed between the semiconductor laser and the open surface must match the phase of the oscillation mode of the semiconductor laser itself. In Patent Document 1, the phase of the oscillation mode of the resonator depends on the position of the cleavage plane. The position accuracy of the cleavage plane is usually about ± 20 μm. Therefore, it may be difficult to match the phases of the oscillation modes by adjusting the position of the cleavage plane. Therefore, from the viewpoint of improving the yield, it is considered that a phase adjustment region for adjusting the phase of the oscillation mode is required. As a result, the size of the semiconductor laser device may increase.
　また、特許文献１では、光を半導体チップの側面に露出する劈開面に導くために、曲がり導波路を形成している。例えば曲がり導波路に埋め込みヘテロ構造を用いる場合、一般に曲がり導波路の曲率半径として少なくとも数百μｍ程度が必要となる。このため、半導体チップの幅が増大するおそれがある。 Further, in Patent Document 1, a curved waveguide is formed in order to guide light to an open surface exposed on the side surface of the semiconductor chip. For example, when an embedded heterostructure is used in a curved waveguide, a radius of curvature of at least several hundred μm is generally required for the curved waveguide. Therefore, the width of the semiconductor chip may increase.
　本開示は、小型化が可能な光半導体装置を得ることを目的とする。 The object of this disclosure is to obtain an optical semiconductor device that can be miniaturized.
　本開示に係る光半導体装置は、半導体基板と、該半導体基板に設けられた少なくとも１つの半導体レーザと、該半導体基板に設けられ、該半導体レーザの第１出力光を合波または分波し、第２出力光と第３出力光を出力する光合分波回路と、該半導体基板に設けられ、該第２出力光を該半導体基板の端面から出力する第１導波部と、該第３出力光を増幅する光増幅器と、反射部と、を有し、該半導体基板に設けられた第２導波部と、を備え、該反射部は、該光増幅器で増幅された該第３出力光を反射させ、該光増幅器と該光合分波回路を介して該半導体レーザに帰還させる回折格子を有し、該半導体レーザと該反射部は共振器を形成する。 The optical semiconductor device according to the present disclosure is provided on a semiconductor substrate, at least one semiconductor laser provided on the semiconductor substrate, and the first output light of the semiconductor laser is combined or demultiplexed. A combined demultiplexing circuit that outputs the second output light and the third output light, a first waveguide provided on the semiconductor substrate and outputting the second output light from the end face of the semiconductor substrate, and the third output. It has an optical amplifier for amplifying light, a reflecting unit, and a second waveguide provided on the semiconductor substrate, and the reflecting unit is the third output light amplified by the optical amplifier. The semiconductor laser and the reflecting portion form a resonator.
　本開示に係る光半導体装置では、半導体レーザと反射部が共振器を形成する。このため、位相調整領域が不要となり、光半導体装置を小型化できる。 In the optical semiconductor device according to the present disclosure, the semiconductor laser and the reflecting portion form a resonator. Therefore, the phase adjustment region becomes unnecessary, and the optical semiconductor device can be miniaturized.
実施の形態１に係る光半導体装置の平面図である。It is a top view of the optical semiconductor device which concerns on Embodiment 1. FIG. 図１をＡ－Ａ直線で切断することで得られる断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view obtained by cutting FIG. 1 along an AA straight line. 実施の形態１に係る半導体レーザの光軸に沿った方向の断面図である。It is sectional drawing of the direction along the optical axis of the semiconductor laser which concerns on Embodiment 1. FIG. 図１をＢ－Ｂ直線で切断することで得られる断面図である。It is sectional drawing obtained by cutting FIG. 1 by the BB straight line. 図１をＣ－Ｃ直線で切断することで得られる断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view obtained by cutting FIG. 1 along a CC straight line. 図１をＤ－Ｄ直線で切断することで得られる断面図である。It is sectional drawing obtained by cutting FIG. 1 by a DD straight line. 実施の形態１に係る反射部の光軸に沿った方向の断面図である。It is sectional drawing of the direction along the optical axis of the reflection part which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態２に係る光半導体装置の平面図である。It is a top view of the optical semiconductor device which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態３に係る光半導体装置の平面図である。It is a top view of the optical semiconductor device which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態４に係る光半導体装置の平面図である。It is a top view of the optical semiconductor device which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態４に係る反射部の光軸に沿った方向の断面図である。It is sectional drawing of the direction along the optical axis of the reflection part which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態５に係る光半導体装置の平面図である。It is a top view of the optical semiconductor device which concerns on Embodiment 5. 実施の形態５に係る半導体レーザの光軸に沿った方向の断面図である。It is sectional drawing of the direction along the optical axis of the semiconductor laser which concerns on Embodiment 5. FIG. 実施の形態５に係る反射部の光軸に沿った方向の断面図である。It is sectional drawing of the direction along the optical axis of the reflection part which concerns on Embodiment 5. FIG.
　各実施の形態に係る光半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。 The optical semiconductor device according to each embodiment will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components may be designated by the same reference numerals and the description may be omitted.
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る光半導体装置１００の平面図である。光半導体装置１００では、複数の半導体レーザ６０、複数の導波路６１、光合分波回路６２、導波路６３、光増幅器６４、導波路７１、光増幅器７２、導波路７３および反射部７４が同一の半導体基板１０に設けられている。半導体基板１０は前端面５２および後端面５１を有する。 Embodiment 1.
FIG. 1 is a plan view of the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment. In the optical semiconductor device 100, a plurality of semiconductor lasers 60, a plurality of waveguides 61, an optical junction demultiplexing circuit 62, a waveguide 63, an optical amplifier 64, a waveguide 71, an optical amplifier 72, a waveguide 73, and a reflecting unit 74 are the same. It is provided on the semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 has a front end surface 52 and a rear end surface 51.
　複数の半導体レーザ６０は、半導体レーザアレイを構成する。図１では、光半導体装置１００が４個の半導体レーザ６０を備えた例を示したが、半導体レーザ６０は複数であれば良い。例えば、半導体レーザ６０は１６個でもよい。半導体レーザ６０は、例えばＤＦＢ－ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ－Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）である。半導体レーザ６０は、前端側から第１出力光を出力する。また半導体レーザ６０は、後端側から後端面側出力光を出力する。各々の半導体レーザ６０は、単一モードの光を発振可能である。また、複数の半導体レーザ６０は、異なる波長で発振する。なお、光半導体装置１００に予備の半導体レーザ６０が搭載されても良い。この場合、複数の半導体レーザ６０は同一の波長の光を発振する半導体レーザを含んでも良い。 The plurality of semiconductor lasers 60 constitute a semiconductor laser array. FIG. 1 shows an example in which the optical semiconductor device 100 includes four semiconductor lasers 60, but the number of semiconductor lasers 60 may be plural. For example, the number of semiconductor lasers 60 may be 16. The semiconductor laser 60 is, for example, a DFB-LD (Distributed Feedback-Laser Diode). The semiconductor laser 60 outputs the first output light from the front end side. Further, the semiconductor laser 60 outputs the output light on the rear end surface side from the rear end side. Each semiconductor laser 60 can oscillate a single mode of light. Further, the plurality of semiconductor lasers 60 oscillate at different wavelengths. A spare semiconductor laser 60 may be mounted on the optical semiconductor device 100. In this case, the plurality of semiconductor lasers 60 may include semiconductor lasers that oscillate light having the same wavelength.
　複数の導波路６１は、複数の半導体レーザ６０と光合分波回路６２とを接続する。複数の導波路６１は、複数の半導体レーザ６０の第１出力光を光合分波回路６２に導く。複数の導波路６１は、導波路アレイを構成している。導波路６１は半導体レーザ６０と同数設けられる。 The plurality of waveguides 61 connect the plurality of semiconductor lasers 60 and the optical demultiplexing circuit 62. The plurality of waveguides 61 guide the first output light of the plurality of semiconductor lasers 60 to the optical junction demultiplexing circuit 62. The plurality of waveguides 61 constitute a waveguide array. The same number of waveguides 61 as the semiconductor lasers 60 are provided.
　光合分波回路６２は、半導体レーザ６０の第１出力光を合波または分波し、第２出力光と第３出力光を出力する。本実施の形態の光合分波回路６２は、入力側に複数の導波路６１が接続され、出力側に導波路６３、７１が接続される。光合分波回路６２は、半導体レーザ６０の第１出力光を合波し、合波した第１出力光を第２出力光、第３出力光として導波路６３、７１にそれぞれ出力する。光合分波回路６２は多入力二出力である。半導体レーザ６０が１６個設けられるとき、光合分波回路６２は例えば１６×２－ＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ－Ｍｏｄｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）である。光合分波回路６２はＭＭＩでなくてもよい。 The optical combined demultiplexing circuit 62 combines or demultiplexes the first output light of the semiconductor laser 60, and outputs the second output light and the third output light. In the optical demultiplexing circuit 62 of the present embodiment, a plurality of waveguides 61 are connected to the input side, and waveguides 63 and 71 are connected to the output side. The optical demultiplexing circuit 62 combines the first output light of the semiconductor laser 60 and outputs the combined first output light to the waveguides 63 and 71 as the second output light and the third output light, respectively. The optical demultiplexing circuit 62 has multiple inputs and two outputs. When 16 semiconductor lasers 60 are provided, the optical demultiplexing circuit 62 is, for example, 16 × 2-MMI (Multi-Mode Interference). The optical demultiplexing circuit 62 does not have to be an MMI.
　導波路６３は光合分波回路６２と光増幅器６４とを接続する。光増幅器６４は、第２出力光を増幅して光半導体装置１００の外部に出力光８０として出力する。本実施の形態の導波路６３と光増幅器６４は、第２出力光を半導体基板１０の前端面５２から出力する第１導波部を構成する。なお、第１導波部は第２出力光を外部に出力できれば良く、光増幅器６４は設けられなくても良い。 The waveguide 63 connects the optical demultiplexing circuit 62 and the optical amplifier 64. The optical amplifier 64 amplifies the second output light and outputs it as output light 80 to the outside of the optical semiconductor device 100. The waveguide 63 and the optical amplifier 64 of the present embodiment constitute a first waveguide unit that outputs the second output light from the front end surface 52 of the semiconductor substrate 10. The first waveguide may be capable of outputting the second output light to the outside, and the optical amplifier 64 may not be provided.
　導波路７１には光増幅器７２が接続される。光増幅器７２は、第３出力光を増幅して導波路７３に出力する。導波路７３には反射部７４が接続される。光増幅器７２、導波路７３、反射部７４は、第２導波部７０を構成する。第２導波部７０は直線状である。 An optical amplifier 72 is connected to the waveguide 71. The optical amplifier 72 amplifies the third output light and outputs it to the waveguide 73. A reflection unit 74 is connected to the waveguide 73. The optical amplifier 72, the waveguide 73, and the reflection unit 74 constitute a second waveguide 70. The second waveguide 70 is linear.
　反射部７４は、複数の反射ピークを有するＳＧ－ＤＢＲ（Ｓａｍｐｌｅｄ　Ｇｒａｔｉｎｇ－Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）である。複数の半導体レーザ６０の発振波長とＳＧ－ＤＢＲの複数の反射ピークは一致する。反射部７４は、後述するように複数の回折格子を有する。反射部７４は、複数の回折格子により、光増幅器７２で増幅された第３出力光を反射させ、光増幅器７２と光合分波回路６２を介して複数の半導体レーザ６０に帰還させる。また、各半導体レーザ６０と反射部７４は共振器を形成する。 The reflection unit 74 is an SG-DBR (Samplegrading-Distributed Feedback Reflector) having a plurality of reflection peaks. The oscillation wavelengths of the plurality of semiconductor lasers 60 and the plurality of reflection peaks of the SG-DBR match. The reflecting unit 74 has a plurality of diffraction gratings as described later. The reflecting unit 74 reflects the third output light amplified by the optical amplifier 72 by the plurality of diffraction gratings, and feeds it back to the plurality of semiconductor lasers 60 via the optical amplifier 72 and the optical junction demultiplexing circuit 62. Further, each semiconductor laser 60 and the reflecting unit 74 form a resonator.
　本実施の形態の光半導体装置１００では、光増幅器６４から出力される出力光８０が光通信に使用される。図１に示される例では、光増幅器６４のうち光の進行方向の上流側の部分は、光半導体装置１００の長手方向に延伸している。また、光増幅器６４のうち光の進行方向の下流側の部分は、光半導体装置１００の長手方向に対して傾斜している。このため、出力光８０は、前端面５２の垂線に対して斜めに出力される。光半導体装置１００の後端面５１および前端面５２は、劈開により形成される。後端面５１および前端面５２には、例えばＡＲ（Ａｎｔｉ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングが施される。 In the optical semiconductor device 100 of the present embodiment, the output light 80 output from the optical amplifier 64 is used for optical communication. In the example shown in FIG. 1, the portion of the optical amplifier 64 on the upstream side in the traveling direction of light extends in the longitudinal direction of the optical semiconductor device 100. Further, the portion of the optical amplifier 64 on the downstream side in the traveling direction of light is inclined with respect to the longitudinal direction of the optical semiconductor device 100. Therefore, the output light 80 is output obliquely with respect to the perpendicular line of the front end surface 52. The rear end surface 51 and the front end surface 52 of the optical semiconductor device 100 are formed by cleavage. For example, AR (Anti reflection) coating is applied to the rear end surface 51 and the front end surface 52.
　次に、光半導体装置１００の縦構造を説明する。光増幅器６４、７２の縦構造は同一である。また、導波路６１、６３、７１、７３の縦構造は同一である。 Next, the vertical structure of the optical semiconductor device 100 will be described. The vertical structures of the optical amplifiers 64 and 72 are the same. Further, the vertical structures of the waveguides 61, 63, 71, and 73 are the same.
　図２は、図１をＡ－Ａ直線で切断することで得られる断面図である。半導体レーザ６０は、ＩｎＰから形成された半導体基板１０を備える。半導体基板１０の上面には、ＩｎＰから形成された第１クラッド層１２が設けられる。第１クラッド層１２の上面には、活性層１８と、ＩｎＰから形成され電流ブロック層１４が設けられる。電流ブロック層１４は活性層１８の両側に設けられる。活性層１８は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、またはＩｎＧａＡｓＰとＩｎＧａＡｌＡｓの混成から形成される。活性層１８、電流ブロック層１４の上面には、ＩｎＰから形成された第２クラッド層１６が設けられる。第１クラッド層１２、活性層１８、電流ブロック層１４、第２クラッド層１６はエピ構造部を構成する。エピ構造部の上面には、アノード電極３２が設けられる。半導体基板１０の裏面にはカソード電極３０が設けられる。 FIG. 2 is a cross-sectional view obtained by cutting FIG. 1 along an AA straight line. The semiconductor laser 60 includes a semiconductor substrate 10 formed of InP. A first clad layer 12 formed of InP is provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10. An active layer 18 and a current block layer 14 formed of InP are provided on the upper surface of the first clad layer 12. The current block layer 14 is provided on both sides of the active layer 18. The active layer 18 is formed from InGaAsP, InGaAlAs, or a hybrid of InGaAsP and InGaAlAs. A second clad layer 16 formed of InP is provided on the upper surfaces of the active layer 18 and the current block layer 14. The first clad layer 12, the active layer 18, the current block layer 14, and the second clad layer 16 form an epi-structured portion. An anode electrode 32 is provided on the upper surface of the epi-structure portion. A cathode electrode 30 is provided on the back surface of the semiconductor substrate 10.
　図３は、実施の形態１に係る半導体レーザ６０の光軸８１に沿った方向の断面図である。光軸８１に沿った方向は、後端面５１から前端面５２に向かう方向であり、第２導波部７０に沿った方向である。活性層１８の上面または裏面には、回折格子２０が設けられる。図３では回折格子２０が第１クラッド層１２に設けられるが、回折格子２０は第２クラッド層１６に設けられても良い。また、第２クラッド層１６の上面、すなわちエピ構造部の表面にはコンタクト層が設けられるが、図２、３では省略されている。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor laser 60 according to the first embodiment in the direction along the optical axis 81. The direction along the optical axis 81 is the direction from the rear end surface 51 toward the front end surface 52, and is the direction along the second waveguide 70. A diffraction grating 20 is provided on the upper surface or the back surface of the active layer 18. In FIG. 3, the diffraction grating 20 is provided on the first clad layer 12, but the diffraction grating 20 may be provided on the second clad layer 16. Further, a contact layer is provided on the upper surface of the second clad layer 16, that is, the surface of the epi-structured portion, but it is omitted in FIGS. 2 and 3.
　半導体レーザ６０は、順バイアスが印加されると、アノード電極３２から電流注入されることで活性層１８に利得が生じる。これにより、自然放出光が発生する。回折格子２０によって、特定の波長の自然放出光が誘導放出の種光となる。注入される電流が予め定められた閾値電流を超えると、半導体レーザ６０はレーザ発振する。 When a forward bias is applied to the semiconductor laser 60, a gain is generated in the active layer 18 by injecting a current from the anode electrode 32. As a result, spontaneous emission light is generated. The diffraction grating 20 allows naturally emitted light of a specific wavelength to be the seed light for stimulated emission. When the injected current exceeds a predetermined threshold current, the semiconductor laser 60 oscillates.
　カソード電極３０は、半導体レーザ６０、光増幅器６４、７２に共通の電極である。カソード電極３０は、例えば半導体基板１０の裏面の全面に形成されている。 The cathode electrode 30 is an electrode common to the semiconductor laser 60 and the optical amplifiers 64 and 72. The cathode electrode 30 is formed on, for example, the entire back surface of the semiconductor substrate 10.
　図４は、図１をＢ－Ｂ直線で切断することで得られる断面図である。光増幅器６４は、半導体基板１０と、半導体基板１０の上面に設けられたエピ構造部を備える。光増幅器６４のエピ構造部は、活性層１８が活性層２２に置き換わっている点が半導体レーザ６０のエピ構造部と異なる。エピ構造部の上面にはアノード電極３２が設けられる。また、コンタクト層は省略されている。活性層２２は、導波路６３を導波する光に対して利得を有するＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰとＩｎＧａＡｌＡｓの混成から形成される。光増幅器６４と同様の縦構造を有する光増幅器７２においても、活性層２２は導波路７１を導波する光に対して利得を有するように形成される。 FIG. 4 is a cross-sectional view obtained by cutting FIG. 1 with a BB straight line. The optical amplifier 64 includes a semiconductor substrate 10 and an epi-structure portion provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10. The epi-structured portion of the optical amplifier 64 is different from the epi-structured portion of the semiconductor laser 60 in that the active layer 18 is replaced with the active layer 22. An anode electrode 32 is provided on the upper surface of the epi-structured portion. Also, the contact layer is omitted. The active layer 22 is formed from InGaAsP, InGaAlAs or a hybrid of InGaAsP and InGaAlAs having a gain against the light guided through the waveguide 63. Even in the optical amplifier 72 having the same vertical structure as the optical amplifier 64, the active layer 22 is formed so as to have a gain with respect to the light guided through the waveguide 71.
　光増幅器６４は、順バイアスが印加されると、半導体レーザ６０から出力された出力光を増幅する。光増幅器６４は単独ではレーザ発振しないように設計されている。また、光増幅器６４に順バイアスが印加されないとき、活性層２２は光吸収層として動作する。このため、波長切り替えの際のシャッターとして光増幅器６４を利用することが可能である。 The optical amplifier 64 amplifies the output light output from the semiconductor laser 60 when a forward bias is applied. The optical amplifier 64 is designed so as not to oscillate a laser by itself. Further, when the forward bias is not applied to the optical amplifier 64, the active layer 22 operates as a light absorption layer. Therefore, it is possible to use the optical amplifier 64 as a shutter when switching wavelengths.
　図５は、図１をＣ－Ｃ直線で切断することで得られる断面図である。導波路６１は、半導体基板１０と、半導体基板１０の上面に設けられたエピ構造部を備える。導波路６１のエピ構造部は、活性層１８が光閉込層２４に置き換わっている点が半導体レーザ６０のエピ構造部と異なる。光閉込層２４はＩｎＧａＡｓＰから形成される。また、半導体基板１０の裏面にはカソード電極３０が形成される。カソード電極３０は導波路６１の機能上必要ではない。 FIG. 5 is a cross-sectional view obtained by cutting FIG. 1 along a CC straight line. The waveguide 61 includes a semiconductor substrate 10 and an epi-structured portion provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10. The epi-structured portion of the waveguide 61 is different from the epi-structured portion of the semiconductor laser 60 in that the active layer 18 is replaced with the optical confinement layer 24. The optical confinement layer 24 is formed of InGaAsP. Further, a cathode electrode 30 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10. The cathode electrode 30 is not necessary for the function of the waveguide 61.
　図６は、図１をＤ－Ｄ直線で切断することで得られる断面図である。反射部７４では、半導体基板１０の上面に第１クラッド層１２が設けられる。第１クラッド層１２の上面には光閉込層２６と、電流ブロック層１４が設けられる。光閉込層２６はＩｎＧａＡｓＰから形成される。電流ブロック層１４は、光閉込層２６の両側に設けられる。光閉込層２６の上面と電流ブロック層１４の上面には、第２クラッド層１６が設けられる。第１クラッド層１２、光閉込層２６、電流ブロック層１４、第２クラッド層１６はエピ構造部を構成する。なお、カソード電極３０は反射部７４の機能上必要ではないが、光閉込層２６の下方において半導体基板１０の裏面にカソード電極３０が形成されている。 FIG. 6 is a cross-sectional view obtained by cutting FIG. 1 with a DD straight line. In the reflective portion 74, the first clad layer 12 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10. An optical confinement layer 26 and a current block layer 14 are provided on the upper surface of the first clad layer 12. The optical confinement layer 26 is formed of InGaAsP. The current block layer 14 is provided on both sides of the optical confinement layer 26. A second clad layer 16 is provided on the upper surface of the optical confinement layer 26 and the upper surface of the current block layer 14. The first clad layer 12, the optical confinement layer 26, the current block layer 14, and the second clad layer 16 form an epi-structured portion. Although the cathode electrode 30 is not necessary for the function of the reflecting portion 74, the cathode electrode 30 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10 below the optical confinement layer 26.
　図７は、実施の形態１に係る反射部７４の光軸８１に沿った方向の断面図である。反射部７４は第１クラッド層１２において、光軸８１に沿って離散的に配置された複数の回折格子２８を備えている。各々の回折格子２８は、屈折率の周期構造を有する。つまり、回折格子２８は、第１クラッド層１２に第１クラッド層１２とは異なる屈折率を有する層が周期的に配置されることで形成される。複数の回折格子２８によって、複数の反射ピークが実現される。複数の回折格子２８は第２クラッド層１６に設けられても良い。 FIG. 7 is a cross-sectional view of the reflecting portion 74 according to the first embodiment in the direction along the optical axis 81. The reflecting unit 74 includes a plurality of diffraction gratings 28 discretely arranged along the optical axis 81 in the first clad layer 12. Each diffraction grating 28 has a periodic structure of refractive index. That is, the diffraction grating 28 is formed by periodically arranging a layer having a refractive index different from that of the first clad layer 12 on the first clad layer 12. A plurality of reflection peaks are realized by the plurality of diffraction gratings 28. The plurality of diffraction gratings 28 may be provided on the second clad layer 16.
　活性層１８、２２、光閉込層２４、２６は、それぞれＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）装置等を用いて形成されたエピタキシャル層である。活性層１８、２２、光閉込層２４、２６は、第１クラッド層１２の上面において、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術を用いて個別に形成される。活性層１８、２２、光閉込層２４、２６を同一の材料で形成する場合には、第１クラッド層１２の上面にエピタキシャル層を形成した後に、エッチングにより活性層１８、２２、光閉込層２４、２６を同時に形成することができる。 The active layers 18 and 22 and the optical confinement layers 24 and 26 are epitaxial layers formed by using a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) device, an MBE (Molecular Beam Epitaxy) device, or the like, respectively. The active layers 18 and 22 and the optical confinement layers 24 and 26 are individually formed on the upper surface of the first clad layer 12 by using a photolithography technique and an etching technique. When the active layers 18 and 22 and the optical confinement layers 24 and 26 are formed of the same material, after forming an epitaxial layer on the upper surface of the first clad layer 12, the active layers 18 and 22 and the optical confinement layers 24 and 26 are lightly confined by etching. Layers 24 and 26 can be formed at the same time.
　光伝送方式の高速化および大容量化のための中核技術として、変調に光の位相情報を利用するデジタルコヒーレント方式がある。デジタルコヒーレント方式においては、光の位相情報が用いられることから、光源の位相ノイズが問題となる。光源の位相ノイズの指標としては、スペクトル線幅が用いられる。このため、特にスペクトル線幅の狭線幅化が重要となる。 As a core technology for increasing the speed and capacity of the optical transmission method, there is a digital coherent method that uses the phase information of light for modulation. In the digital coherent method, since the phase information of light is used, the phase noise of the light source becomes a problem. The spectral line width is used as an index of the phase noise of the light source. Therefore, it is particularly important to narrow the spectral line width.
　一般に、半導体レーザの発振光の一部を外部から帰還させることによって、狭線幅化が可能となる。本実施の形態では、半導体レーザ６０の出力光の一部を、反射部７４を用いて半導体レーザ６０に戻すことにより、スペクトル線幅を小さくできる。一部の光を帰還させることにより、２桁程度スペクトル線幅を小さくできる。 Generally, the line width can be narrowed by feeding back a part of the oscillated light of the semiconductor laser from the outside. In the present embodiment, the spectral line width can be reduced by returning a part of the output light of the semiconductor laser 60 to the semiconductor laser 60 by using the reflecting unit 74. By feeding back a part of the light, the spectral line width can be reduced by about two orders of magnitude.
　本実施の形態の反射部７４であるＳＧ－ＤＢＲは、複数の周期的な反射ピークを伴った反射スペクトルを本質的に示す導波路型反射構造である。本実施の形態では、複数の半導体レーザ６０の発振波長の間隔と、ＳＧ－ＤＢＲの反射ピークの周期を合わせることで、例えばＣ帯全域で動作可能な反射構造を得ることができる。 The SG-DBR, which is the reflection unit 74 of the present embodiment, is a waveguide type reflection structure that essentially shows a reflection spectrum accompanied by a plurality of periodic reflection peaks. In the present embodiment, by matching the interval between the oscillation wavelengths of the plurality of semiconductor lasers 60 and the period of the reflection peak of the SG-DBR, for example, a reflection structure that can operate in the entire C band can be obtained.
　ＤＦＢ－ＬＤのスペクトル線幅Δν０は、式（１）により表される。 The spectral line width Δν0 of DFB-LD is expressed by the equation (1).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
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　ここで、Ｒｓｐは自然放出率、Ｋｚは縦Ｐｅｔｅｒｍａｎｎ係数、Ｓａｖは平均光子密度、Ｖａｃｔは活性層の体積、αは線幅増大係数である。強い光フィードバック条件を持つ半導体レーザにおいては、線幅低減率は式（２）により表される。 Here, R sp is the spontaneous emission rate, K z is the longitudinal Petermann coefficient, Sav is the average photon density, Vact is the volume of the active layer, and α is the line width increase coefficient. In a semiconductor laser having a strong optical feedback condition, the line width reduction rate is expressed by the equation (2).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、Δνは外部共振器のスペクトル線幅、Δν０はＬＤのスペクトル線幅を示す。また、ｎａはＬＤの透過屈折率、ＬａはＬＤ長、ｆｅｘｔはＬＤの出力光に対するフィードバック光の比、ｎｐは外部共振器におけるパッシブ領域の透過屈折率、Ｌｐは外部共振器長である。 Here, Δν indicates the spectral line width of the external resonator, and Δν 0 indicates the spectral line width of the LD. Further, n a is the transmitted refractive index of the LD, La is the LD length, fext is the ratio of the feedback light to the output light of the LD, n p is the transmitted refractive index of the passive region in the external resonator, and L p is the external resonator. It is long.
　例えば、Ｌａ＝１２００μｍ、Ｌｐ＝４０００μｍ、Δν０＝１００ｋＨｚ、ｆｅｘｔ＝０．３のとき、式（２）よりΔνは２５ｋＨｚ程度まで低減される。 For example, when La = 1200 μm, L p = 4000 μm, Δν 0 = 100 kHz, and best = 0.3, Δν is reduced to about 25 kHz from the equation (2).
　ただし、光の帰還量には最適値がある。帰還量が大きすぎると、半導体レーザの発振が不安定になり、スペクトル線幅が増大するおそれがある。光増幅器７２は反射部７４において反射されて半導体レーザ６０へ帰還する光の帰還量を、出力光８０のスペクトル線幅が最小となるよう調節することができる。光増幅器７２は、少なくとも第３出力光が増幅されない場合と比較して、出力光８０の線幅が小さくなるように第３出力光を増幅する。 However, there is an optimum value for the amount of light feedback. If the feedback amount is too large, the oscillation of the semiconductor laser becomes unstable and the spectral line width may increase. The optical amplifier 72 can adjust the amount of feedback of the light reflected by the reflecting unit 74 and returned to the semiconductor laser 60 so that the spectral line width of the output light 80 is minimized. The optical amplifier 72 amplifies the third output light so that the line width of the output light 80 becomes smaller than at least when the third output light is not amplified.
　特許文献１のように反射部として劈開面を用いる構造では、例えばフィードバック光量を調整する増幅器に３５ｍＡの電流を注入することにより、スペクトル線幅が１ＭＨｚ程度から１０ｋＨｚ程度に小さくなる。ここで、一般に劈開面における反射率は３０％程度である。これに対し、本実施の形態のように反射部７４としてＤＢＲ構造を用いた場合、一般に９０％以上の反射率を実現できる。このため、反射部として劈開面を用いる構造と比較して、光増幅器７２に注入する電流を抑えて、同等のスペクトル線幅を実現できる。 In a structure that uses a cleavage plane as a reflecting portion as in Patent Document 1, for example, by injecting a current of 35 mA into an amplifier that adjusts the amount of feedback light, the spectral line width is reduced from about 1 MHz to about 10 kHz. Here, the reflectance on the cleavage plane is generally about 30%. On the other hand, when the DBR structure is used as the reflecting portion 74 as in the present embodiment, a reflectance of 90% or more can be generally realized. Therefore, as compared with the structure using the cleavage plane as the reflecting portion, the current injected into the optical amplifier 72 can be suppressed and the same spectral line width can be realized.
　また、半導体レーザ６０へ光を帰還させる際には、位相制御が重要となる。光半導体装置１００においては、半導体レーザ６０自身の発振モードと、半導体レーザ６０と反射部７４で形成される共振器の発振モードとの２つの発振モードが存在する。光帰還を利用してスペクトル線幅を小さくするために、本実施の形態では半導体レーザ６０の発振モードの位相と、半導体レーザ６０と反射部７４とが形成する共振器の発振モードの位相を一致させている。本実施の形態では、２つの発振モードの位相を一致させるために、複数の半導体レーザ６０の位置を調整すれば良い。 Further, when returning light to the semiconductor laser 60, phase control is important. In the optical semiconductor device 100, there are two oscillation modes, an oscillation mode of the semiconductor laser 60 itself and an oscillation mode of the resonator formed by the semiconductor laser 60 and the reflecting unit 74. In order to reduce the spectral line width by utilizing optical feedback, in this embodiment, the phase of the oscillation mode of the semiconductor laser 60 and the phase of the oscillation mode of the resonator formed by the semiconductor laser 60 and the reflecting unit 74 are matched. I'm letting you. In the present embodiment, the positions of the plurality of semiconductor lasers 60 may be adjusted in order to match the phases of the two oscillation modes.
　また、半導体レーザ６０としてＤＦＢ－ＬＤを用いる場合、回折格子２０を形成するために例えばＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂｅａｍ）露光装置が用いられる。ＥＢ露光装置の描画精度は例えば１ｎｍ程度である。この精度によれば、２つの発振モードの位相を一致させることが可能である。 Further, when DFB-LD is used as the semiconductor laser 60, for example, an EB (Electron beam) exposure apparatus is used to form the diffraction grating 20. The drawing accuracy of the EB exposure apparatus is, for example, about 1 nm. With this accuracy, it is possible to match the phases of the two oscillation modes.
　本実施の形態では、光帰還のために反射部として劈開面を用いる必要がない。このため、位相調整領域が不要となり、光半導体装置１００を小型化できる。また、光を劈開面に導くために、曲がり導波路を形成する必要がない。本実施の形態では、第２導波部７０を光半導体装置１００の長手方向に延びる直線状に形成すれば良い。このため、光半導体装置１００の幅が、光帰還を行わない場合の構造と比べて増大することを抑制できる。従って、光半導体装置１００を小型化できる。 In this embodiment, it is not necessary to use a cleavage plane as a reflecting portion for light feedback. Therefore, the phase adjustment region becomes unnecessary, and the optical semiconductor device 100 can be miniaturized. Also, it is not necessary to form a curved waveguide in order to guide the light to the cleavage plane. In the present embodiment, the second waveguide 70 may be formed in a linear shape extending in the longitudinal direction of the optical semiconductor device 100. Therefore, it is possible to prevent the width of the optical semiconductor device 100 from increasing as compared with the structure in the case where optical feedback is not performed. Therefore, the optical semiconductor device 100 can be miniaturized.
　また、光通信の分野において、光伝送方式の高速化及び大容量化が進んでいる。その中核技術として、波長が異なる複数の光信号を１本の光ファイバで多重に伝送する波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）方式が普及している。ＷＤＭ方式を用いて安定した光通信を行うために、予期せぬ信号光源の停止に備えて予備の光源を確保することがある。しかし、多重化される光信号の波長それぞれについて予備の光源を確保すると、予備の光源の数が多くなる。特に、１つの光半導体装置に１つの半導体レーザが搭載されている構成では、光源を保守するためのコストが増加するおそれがある。 Also, in the field of optical communication, the speed and capacity of optical transmission methods are increasing. As the core technology thereof, a wavelength division multiplexing (WDM) method in which a plurality of optical signals having different wavelengths are multiplexly transmitted by one optical fiber has become widespread. In order to perform stable optical communication using the WDM method, a spare light source may be secured in case of an unexpected stop of the signal light source. However, if spare light sources are secured for each wavelength of the multiplexed optical signal, the number of spare light sources increases. In particular, in a configuration in which one semiconductor laser is mounted on one optical semiconductor device, the cost for maintaining the light source may increase.
　コストを抑えるため、本実施の形態のように、１つの光半導体装置で複数の波長のレーザ光を出力できる波長可変光源が有効となる。光半導体装置１００において、複数の半導体レーザ６０が予備の半導体レーザを含むことで、コストを抑えて安定した光通信を行うことができる。光半導体装置１００に１６個の半導体レーザ６０が搭載されている場合は、８種類の波長のレーザ光を出力できる半導体レーザ群を２セット搭載することができる。また、光半導体装置１００に１６個の半導体レーザ６０が搭載されている場合は、４種類の波長のレーザ光を出力できる半導体レーザ群を４セット搭載することができる。 In order to reduce the cost, a tunable light source capable of outputting laser light of a plurality of wavelengths with one optical semiconductor device as in the present embodiment is effective. In the optical semiconductor device 100, since the plurality of semiconductor lasers 60 include spare semiconductor lasers, stable optical communication can be performed at low cost. When 16 semiconductor lasers 60 are mounted on the optical semiconductor device 100, two sets of semiconductor laser groups capable of outputting laser beams having eight kinds of wavelengths can be mounted. When 16 semiconductor lasers 60 are mounted on the optical semiconductor device 100, four sets of semiconductor laser groups capable of outputting laser beams having four different wavelengths can be mounted.
　光半導体装置１００の各層の材料は上述したものに限定されない。また、第２導波部７０および導波路７１は曲がっていても良い。この場合も、位相調整領域が不要となることで光半導体装置１００を小型化できる。 The material of each layer of the optical semiconductor device 100 is not limited to the above. Further, the second waveguide 70 and the waveguide 71 may be bent. Also in this case, the optical semiconductor device 100 can be miniaturized by eliminating the need for the phase adjustment region.
　上述した変形は、以下の実施の形態に係る光半導体装置について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る光半導体装置については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。 The above-mentioned modification can be appropriately applied to the optical semiconductor device according to the following embodiment. Since the optical semiconductor device according to the following embodiment has much in common with the first embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described.
実施の形態２．
　図８は、実施の形態２に係る光半導体装置２００の平面図である。本実施の形態の光合分波回路２６２は、多入力多出力である。光合分波回路２６２は、出力側に複数の導波路６３、２６７が接続されている。光合分波回路２６２としてＭＭＩを用いる場合、原理上は第２出力光および第３出力光の光損失を増加させることなく、光合分波回路２６２の出力ポート数を増加させることができる。出力ポート数は、入力ポート数と同数まで増加させることが可能である。 Embodiment 2.
FIG. 8 is a plan view of the optical semiconductor device 200 according to the second embodiment. The optical demultiplexing circuit 262 of the present embodiment has multiple inputs and multiple outputs. In the optical demultiplexing circuit 262, a plurality of waveguides 63 and 267 are connected to the output side. When MMI is used as the optical demultiplexing circuit 262, the number of output ports of the optical demultiplexing circuit 262 can be increased without increasing the optical loss of the second output light and the third output light in principle. The number of output ports can be increased to the same number as the number of input ports.
　導波路２６７には例えば光増幅器２６５が接続される。光合分波回路２６２から出力される第４出力光は、光増幅器２６５で増幅され、出力光８２として前端面５２から出射される。出力光８２は例えば波長モニタリングに利用できる。出力光８２は、デジタルコヒーレント通信において、光受信システムにおける局部発振光として利用されても良い。 For example, an optical amplifier 265 is connected to the waveguide 267. The fourth output light output from the optical duplexing circuit 262 is amplified by the optical amplifier 265 and emitted from the front end surface 52 as output light 82. The output light 82 can be used, for example, for wavelength monitoring. The output light 82 may be used as locally oscillated light in an optical receiving system in digital coherent communication.
　導波路２６７の縦構造は、導波路６１と同様である。また、光増幅器２６５の縦構造は、光増幅器６４と同様である。 The vertical structure of the waveguide 267 is the same as that of the waveguide 61. The vertical structure of the optical amplifier 265 is the same as that of the optical amplifier 64.
　図８では、光増幅器２６５のうち光の進行方向の上流側の部分は、光半導体装置２００の長手方向に延伸している。また、光増幅器２６５のうち光の進行方向の下流側の部分は、光半導体装置２００の長手方向に対して傾斜している。このため、出力光８２は前端面５２の垂線に対して斜めに出力される。図８では、光増幅器２６５は光増幅器６４と反対側に傾斜している。光増幅器２６５は傾斜していなくても良い。また、光増幅器２６５は設けられなくても良い。 In FIG. 8, the portion of the optical amplifier 265 on the upstream side in the traveling direction of light extends in the longitudinal direction of the optical semiconductor device 200. Further, the portion of the optical amplifier 265 on the downstream side in the traveling direction of light is inclined with respect to the longitudinal direction of the optical semiconductor device 200. Therefore, the output light 82 is output obliquely with respect to the perpendicular line of the front end surface 52. In FIG. 8, the optical amplifier 265 is inclined to the opposite side to the optical amplifier 64. The optical amplifier 265 does not have to be tilted. Further, the optical amplifier 265 may not be provided.
実施の形態３．
　図９は、実施の形態３に係る光半導体装置３００の平面図である。本実施の形態では、第２導波部３７０の構成が第２導波部７０の構成と異なる。第２導波部３７０において、反射部７４には導波路３７５が接続される。導波路３７５には、光吸収部３７６が接続される。このように、第２導波部３７０は、反射部７４に対して光増幅器７２と反対側に設けられ、反射部７４を透過した光を光吸する光吸収部３７６を有する。 Embodiment 3.
FIG. 9 is a plan view of the optical semiconductor device 300 according to the third embodiment. In this embodiment, the configuration of the second waveguide 370 is different from the configuration of the second waveguide 70. In the second waveguide 370, the waveguide 375 is connected to the reflection section 74. A light absorption unit 376 is connected to the waveguide 375. As described above, the second waveguide section 370 is provided on the side opposite to the optical amplifier 72 with respect to the reflecting section 74, and has a light absorbing section 376 that absorbs the light transmitted through the reflecting section 74.
　導波路２７５の縦構造は、導波路６１と同様である。また、光吸収部３７６の縦構造は、半導体レーザ６０と同様である。光吸収部３７６は、図２に示されるように、半導体基板１０の上面に設けられた第１クラッド層１２と、第１クラッド層１２の上面に設けられた活性層１８を備える。また、第１クラッド層１２の上面において、活性層１８の両側には電流ブロック層１４が設けられる。活性層１８の上面と電流ブロック層１４の上面には第２クラッド層１６が設けられる。また、光吸収部３７６はアノード電極３２を有さない。 The vertical structure of the waveguide 275 is the same as that of the waveguide 61. Further, the vertical structure of the light absorption unit 376 is the same as that of the semiconductor laser 60. As shown in FIG. 2, the light absorption unit 376 includes a first clad layer 12 provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10 and an active layer 18 provided on the upper surface of the first clad layer 12. Further, on the upper surface of the first clad layer 12, current block layers 14 are provided on both sides of the active layer 18. A second clad layer 16 is provided on the upper surface of the active layer 18 and the upper surface of the current block layer 14. Further, the light absorption unit 376 does not have the anode electrode 32.
　反射部７４に入射する光の一部は反射されず、反射部７４を透過して迷光となることがある。一般にスペクトル線幅は迷光の影響を受け、迷光が増えるほどスペクトル線幅が増大または不安定化する。このため、迷光を除去することは狭線幅化のために重要となる。本実施の形態では、反射部７４を透過した光を光吸収部３７６によって吸収することができる。従って、迷光を抑制でき、スペクトル線幅をさらに小さくできる。 A part of the light incident on the reflecting unit 74 is not reflected and may pass through the reflecting unit 74 to become stray light. Generally, the spectral line width is affected by the stray light, and the spectral line width increases or becomes unstable as the stray light increases. Therefore, removing stray light is important for narrowing the line width. In the present embodiment, the light transmitted through the reflecting unit 74 can be absorbed by the light absorbing unit 376. Therefore, stray light can be suppressed and the spectral line width can be further reduced.
実施の形態４．
　図１０は、実施の形態４に係る光半導体装置４００の平面図である。本実施の形態は、光合分波回路４６２が一入力二出力である点が、実施の形態１と異なる。光半導体装置４００は、半導体レーザ６０を１つのみ備える。また、第２導波部４７０は、反射部４７４を備える。反射部４７４は、１つの反射ピークを有するＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）である。半導体レーザ６０の発振波長とＤＢＲの反射ピークは一致する。光半導体装置４００は、単一波長光源として利用される。 Embodiment 4.
FIG. 10 is a plan view of the optical semiconductor device 400 according to the fourth embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment in that the optical demultiplexing circuit 462 has one input and two outputs. The optical semiconductor device 400 includes only one semiconductor laser 60. Further, the second waveguide section 470 includes a reflection section 474. The reflection unit 474 is a DBR (Distributed Feedback Reflector) having one reflection peak. The oscillation wavelength of the semiconductor laser 60 and the reflected peak of the DBR match. The optical semiconductor device 400 is used as a single wavelength light source.
　図１１は、実施の形態４に係る反射部４７４の光軸８１に沿った方向の断面図である。反射部４７４の縦構造は、離散的に配置された複数の回折格子２８に換えて回折格子４３４が設けられる点が、反射部７４の縦構造と異なる。回折格子４３４は第２クラッド層１６に設けられても良い。 FIG. 11 is a cross-sectional view of the reflecting portion 474 according to the fourth embodiment in the direction along the optical axis 81. The vertical structure of the reflecting portion 474 is different from the vertical structure of the reflecting portion 74 in that the diffraction grating 434 is provided in place of the plurality of discretely arranged diffraction gratings 28. The diffraction grating 434 may be provided on the second clad layer 16.
　本実施の形態では、ＤＢＲにより半導体レーザ６０への光帰還を実現できる。従って、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, optical feedback to the semiconductor laser 60 can be realized by the DBR. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
実施の形態５．
　図１２は、実施の形態５に係る光半導体装置５００の平面図である。光半導体装置５００では、単一の半導体レーザ５６０を備える。半導体レーザ５６０は複数の利得ピークを有するＳＧ（Ｓａｍｐｌｅｄ　Ｇｒａｔｉｎｇ）－ＤＦＢである。また、第２導波部５７０は反射部５７４を備える。反射部５７４は、複数の反射ピークを有するＣＳＧ（Ｃｈｉｒｐｅｄ　Ｓａｍｐｌｅｄ　Ｇｒａｔｉｎｇ）－ＤＢＲである。ＣＳＧ－ＤＢＲは、ＳＧ－ＤＢＲと異なり、複数の反射ピークの周期が僅かに異なる反射スペクトルを有する。 Embodiment 5.
FIG. 12 is a plan view of the optical semiconductor device 500 according to the fifth embodiment. The optical semiconductor device 500 includes a single semiconductor laser 560. The semiconductor laser 560 is an SG (Samplegrading) -DFB having a plurality of gain peaks. Further, the second waveguide section 570 includes a reflection section 574. The reflection unit 574 is a CSG (Chirped Simpled Grating) -DBR having a plurality of reflection peaks. Unlike SG-DBR, CSG-DBR has a reflection spectrum in which the periods of a plurality of reflection peaks are slightly different.
　図１３は、実施の形態５に係る半導体レーザ５６０の光軸８１に沿った方向の断面図である。半導体レーザ５６０の第１クラッド層５１２には、光軸８１に沿って離散的に複数の回折格子５３６が形成される。複数の回折格子５３６は第２クラッド層１６に設けられても良い。半導体レーザ５６０は、周期的な複数の利得ピークを有する利得構造である。各々の回折格子５３６の直上には、アノード電極５３２または、絶縁膜５３８を介してヒータ５４０が設けられる。半導体レーザ５６０のうち、アノード電極５３２の直下の領域は利得領域１０ａであり、ヒータ５４０の直下の領域は位相シフト領域１０ｂである。 FIG. 13 is a cross-sectional view of the semiconductor laser 560 according to the fifth embodiment in the direction along the optical axis 81. A plurality of diffraction gratings 536 are discretely formed along the optical axis 81 on the first clad layer 512 of the semiconductor laser 560. The plurality of diffraction gratings 536 may be provided on the second clad layer 16. The semiconductor laser 560 is a gain structure having a plurality of periodic gain peaks. Immediately above each diffraction grating 536, a heater 540 is provided via an anode electrode 532 or an insulating film 538. In the semiconductor laser 560, the region directly below the anode electrode 532 is the gain region 10a, and the region directly below the heater 540 is the phase shift region 10b.
　利得領域１０ａでは、アノード電極５３２からキャリアが注入され、フォトンが生成される。位相シフト領域１０ｂは、ヒータ５４０によって温度を変更できる。これにより、第１クラッド層５１２と第２クラッド層１６の屈折率と位相シフト領域１０ｂの光路長を変更できる。従って、半導体レーザ５６０と反射部５７４が形成する共振器を変更でき、光半導体装置５００の発光波長を調整できる。 In the gain region 10a, carriers are injected from the anode electrode 532 to generate photons. The temperature of the phase shift region 10b can be changed by the heater 540. Thereby, the refractive index of the first clad layer 512 and the second clad layer 16 and the optical path length of the phase shift region 10b can be changed. Therefore, the resonator formed by the semiconductor laser 560 and the reflecting unit 574 can be changed, and the emission wavelength of the optical semiconductor device 500 can be adjusted.
　図１４は、実施の形態５に係る反射部５７４の光軸８１に沿った方向の断面図である。反射部５７４の第１クラッド層５１２には、光軸８１に沿って離散的に複数の回折格子５４２が形成される。複数の回折格子５４２は第２クラッド層１６に設けられても良い。また、第２クラッド層１６の上面には、絶縁膜５３８を介してヒータ５４０が設けられる。 FIG. 14 is a cross-sectional view of the reflecting portion 574 according to the fifth embodiment in the direction along the optical axis 81. A plurality of diffraction gratings 542 are formed discretely along the optical axis 81 on the first clad layer 512 of the reflecting portion 574. The plurality of diffraction gratings 542 may be provided on the second clad layer 16. Further, a heater 540 is provided on the upper surface of the second clad layer 16 via an insulating film 538.
　反射部５７４の反射ピークの周期は、半導体レーザ５６０の利得ピークの周期とは異なる。反射部５７４では、ヒータ５４０により複数の反射ピークを調整可能である。具体的には、ヒータ５４０は、直下の導波路の温度を変化させ、屈折率等の光学特性を変化させることができる。従って、反射スペクトルをシフトさせることが可能である。これにより、半導体レーザ５６０は、複数の利得ピークのうち、反射部５７４の複数の反射ピークと一致する波長の光を出力する。 The period of the reflection peak of the reflection unit 574 is different from the period of the gain peak of the semiconductor laser 560. In the reflection unit 574, a plurality of reflection peaks can be adjusted by the heater 540. Specifically, the heater 540 can change the temperature of the waveguide directly under the heater and change the optical characteristics such as the refractive index. Therefore, it is possible to shift the reflection spectrum. As a result, the semiconductor laser 560 outputs light having a wavelength that coincides with the plurality of reflected peaks of the reflecting unit 574 among the plurality of gain peaks.
　このように、本実施の形態では半導体レーザ５６０と反射部５７４の組み合わせによって波長可変機構を実現できる。本実施の形態では、例えばＣ帯全域にわたって発振可能な波長可変光源を実現できる。 As described above, in the present embodiment, the wavelength tunable mechanism can be realized by the combination of the semiconductor laser 560 and the reflecting unit 574. In the present embodiment, for example, a tunable light source capable of oscillating over the entire C band can be realized.
　各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。 The technical features described in each embodiment may be used in combination as appropriate.
　１０　半導体基板、１０ａ　利得領域、１０ｂ　位相シフト領域、１２　第１クラッド層、１４　電流ブロック層、１６　第２クラッド層、１８　活性層、２０　回折格子、２２　活性層、２４、２６　光閉込層、２８　回折格子、３０　カソード電極、３２　アノード電極、５１　後端面、５２　前端面、６０　半導体レーザ、６１　導波路、６２　光合分波回路、６３　導波路、６４　光増幅器、７０　第２導波部、７１　導波路、７２　光増幅器、７３　導波路、７４　反射部、８０　出力光、８１　光軸、８２　出力光、１００、２００　光半導体装置、２６２　光合分波回路、２６５　光増幅器、２６７　導波路、２７５　導波路、３００　光半導体装置、３７０　第２導波部、３７５　導波路、３７６　光吸収部、４００　光半導体装置、４３４　回折格子、４６２　光合分波回路、４７０　第２導波部、４７４　反射部、５００　光半導体装置、５１２　第１クラッド層、５３２　アノード電極、５３６　回折格子、５３８　絶縁膜、５４０　ヒータ、５４２　回折格子、５６０　半導体レーザ、５７０　第２導波部、５７４　反射部 10 semiconductor substrate, 10a gain region, 10b phase shift region, 12 first clad layer, 14 current block layer, 16 second clad layer, 18 active layer, 20 diffraction grid, 22 active layer, 24, 26 optical confinement layer, 28 Diffraction grid, 30 cathode electrode, 32 anode electrode, 51 rear end face, 52 front end face, 60 semiconductor laser, 61 waveguide, 62 optical demultiplexing circuit, 63 waveguide, 64 optical amplifier, 70 second waveguide, 71 Waveguide, 72 optical amplifier, 73 waveguide, 74 reflector, 80 output light, 81 optical axis, 82 output light, 100, 200 optical semiconductor device, 262 optical junction demultiplexer circuit, 265 optical amplifier, 267 waveguide, 275 guide. Waveguide, 300 Optical semiconductor device, 370 second waveguide section, 375 waveguide, 376 light absorption section, 400 optical semiconductor device, 434 diffraction grid, 462 optical junction demultiplexer circuit, 470 second waveguide section, 474 reflector section, 500 Optical semiconductor device, 512 first clad layer, 532 anode electrode, 536 diffraction grid, 538 insulating film, 540 heater, 542 diffraction grid, 560 semiconductor laser, 570 second waveguide, 574 reflector

Claims (11)

  1. 　半導体基板と、
    　前記半導体基板に設けられた少なくとも１つの半導体レーザと、
    　前記半導体基板に設けられ、前記半導体レーザの第１出力光を合波または分波し、第２出力光と第３出力光を出力する光合分波回路と、
    　前記半導体基板に設けられ、前記第２出力光を前記半導体基板の端面から出力する第１導波部と、
    　前記第３出力光を増幅する光増幅器と、反射部と、を有し、前記半導体基板に設けられた第２導波部と、
    　を備え、
    　前記反射部は、前記光増幅器で増幅された前記第３出力光を反射させ、前記光増幅器と前記光合分波回路を介して前記半導体レーザに帰還させる回折格子を有し、
    　前記半導体レーザと前記反射部は共振器を形成することを特徴とする光半導体装置。     With a semiconductor substrate,
    With at least one semiconductor laser provided on the semiconductor substrate,
    An optical demultiplexing circuit provided on the semiconductor substrate, which combines or demultiplexes the first output light of the semiconductor laser and outputs the second output light and the third output light.
    A first waveguide provided on the semiconductor substrate and outputting the second output light from the end face of the semiconductor substrate.
    A second waveguide provided on the semiconductor substrate, which has an optical amplifier for amplifying the third output light and a reflecting portion.
    Equipped with
    The reflecting unit has a diffraction grating that reflects the third output light amplified by the optical amplifier and feeds it back to the semiconductor laser via the optical amplifier and the optical demultiplexing circuit.
    An optical semiconductor device characterized in that the semiconductor laser and the reflecting portion form a resonator.
  2. 　前記第２導波部は、直線状であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。 The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the second waveguide is linear.
  3. 　前記半導体レーザの発振モードの位相と、前記共振器の発振モードの位相は一致することを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体装置。 The optical semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the phase of the oscillation mode of the semiconductor laser and the phase of the oscillation mode of the resonator match.
  4. 　前記光増幅器は、前記第３出力光が増幅されない場合と比較して、前記第２出力光の線幅が小さくなるように前記第３出力光を増幅することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光半導体装置。 Claims 1 to 3 are characterized in that the optical amplifier amplifies the third output light so that the line width of the second output light becomes smaller as compared with the case where the third output light is not amplified. The optical semiconductor device according to any one of the above items.
  5. 　前記半導体レーザを複数備え、
    　前記反射部は、複数の反射ピークを有するＳＧ－ＤＢＲであり、
    　前記複数の半導体レーザの発振波長と前記ＳＧ－ＤＢＲの前記複数の反射ピークは一致することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光半導体装置。     Equipped with a plurality of the semiconductor lasers
    The reflection portion is an SG-DBR having a plurality of reflection peaks, and is an SG-DBR.
    The optical semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the oscillation wavelengths of the plurality of semiconductor lasers and the plurality of reflection peaks of the SG-DBR coincide with each other.
  6. 　前記半導体レーザを１つ備え、
    　前記反射部は、１つの反射ピークを有するＤＢＲであり、
    　前記半導体レーザの発振波長と前記ＤＢＲの前記反射ピークは一致することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光半導体装置。     Equipped with one of the semiconductor lasers
    The reflective portion is a DBR having one reflective peak.
    The optical semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the oscillation wavelength of the semiconductor laser and the reflected peak of the DBR coincide with each other.
  7. 　前記半導体レーザを１つ備え、
    　前記半導体レーザは複数の利得ピークを有するＳＧ－ＤＦＢであり、
    　前記反射部は、複数の反射ピークを有するＣＳＧ－ＤＢＲであり、
    　前記半導体レーザは、前記複数の利得ピークのうち、前記複数の反射ピークと一致する波長の光を出力することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光半導体装置。     Equipped with one of the semiconductor lasers
    The semiconductor laser is an SG-DFB having a plurality of gain peaks.
    The reflection portion is a CSG-DBR having a plurality of reflection peaks, and is a CSG-DBR.
    The optical semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor laser outputs light having a wavelength corresponding to the plurality of reflected peaks among the plurality of gain peaks.
  8. 　前記ＣＳＧ－ＤＢＲはヒータを有し、前記ヒータにより前記複数の反射ピークを調整可能であることを特徴とする請求項７に記載の光半導体装置。 The optical semiconductor device according to claim 7, wherein the CSG-DBR has a heater, and the plurality of reflected peaks can be adjusted by the heater.
  9. 　前記第２導波部は、前記反射部に対して前記光増幅器と反対側に設けられ、前記反射部を透過した光を光吸する光吸収部を有することを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の光半導体装置。 The second waveguide is provided on the side opposite to the optical amplifier with respect to the reflecting portion, and has a light absorbing portion that absorbs light transmitted through the reflecting portion, according to claims 1 to 8. The optical semiconductor device according to any one of the above items.
  10. 　前記反射部は、
    　前記半導体基板の上面に設けられた第１クラッド層と、
    　前記第１クラッド層の上面に設けられた光閉込層と、
    　前記第１クラッド層の上面で前記光閉込層の両側に設けられた電流ブロック層と、
    　前記光閉込層の上面と前記電流ブロック層の上面に設けられた第２クラッド層と、
    　を備えることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の光半導体装置。     The reflective part is
    The first clad layer provided on the upper surface of the semiconductor substrate and
    The light confinement layer provided on the upper surface of the first clad layer and
    A current block layer provided on both sides of the optical confinement layer on the upper surface of the first clad layer, and
    A second clad layer provided on the upper surface of the optical confinement layer and the upper surface of the current block layer, and
    The optical semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the optical semiconductor device comprises the above.
  11. 　前記光吸収部は、
    　前記半導体基板の上面に設けられた第１クラッド層と、
    　前記第１クラッド層の上面に設けられた活性層と、
    　前記第１クラッド層の上面で前記活性層の両側に設けられた電流ブロック層と、
    　前記活性層の上面と前記電流ブロック層の上面に設けられた第２クラッド層と、
    　を備えることを特徴とする請求項９に記載の光半導体装置。     The light absorption unit is
    The first clad layer provided on the upper surface of the semiconductor substrate and
    The active layer provided on the upper surface of the first clad layer and
    A current block layer provided on both sides of the active layer on the upper surface of the first clad layer, and
    A second clad layer provided on the upper surface of the active layer and the upper surface of the current block layer, and
    9. The optical semiconductor device according to claim 9.
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